JPS6336545A - 絶縁分離型半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に絶縁分離型
半導体装置の製造方法に関する。

゛〔従来の技術〕 従来、絶縁分離型半導体装置は、第４図（ａ）。

（ｂ）に示すように、多結晶シリコン等の支持体層５と
、二酸化シリコン膜等の絶縁分離膜４と、絶縁分離膜で
包まれた単結晶シリコン島６とで構成されている。そし
て、単結晶シリコン島６の深さにより、例えば特公昭４
１−１６０７０７号に開示されている同図（ａ＞のよう
な均一な深さの単結晶シリコン島６ａのみを備えるもの
や、例えば特開昭５７−５９３５０号に開示されている
同図（ｂ）のような異なる深さの単結晶シリコン島５ａ
、５ｂを備えるものとが提案されている。

これらの構造の中、特に後者の島構造では、高耐圧素子
や低耐圧素子が混在する集積回路装置の製造に際して、
低耐圧素子の特性向上や集積度の向上を図る上で有効で
ある。

第５図（ａ）〜（ｅ）はこの後者の島構造を製造する方
法を示しており、ここでは島深さｈｌの第１単結晶シリ
コン島６ａとこれよりも深さｈｌが小さい第２単結晶シ
リコン島６ｂを形成する工程を示している。

先ず、同図（ａ）のように、単結晶シリコン基板１の表
面に熱酸化法により耐アルカリ製被膜として二酸化シリ
コン膜２を形成する。次いで第１回目のフォトリソグラ
フィ工程を行い、第２単結晶シリコン島形成領域の二酸
化シリコン膜２に開口寸法Ｗ０を有するマスク開口窓８
を形成する。

そして、水酸化カリウム水溶液による異方性エツチング
により、単結晶シリコン基板１に深さｄｏの窪み部９ａ
を形成する。

次いで、同図（ｂ）のように単結晶シリコン基板１の全
面に二酸化シリコン膜２Ａを形成し、第２回目のフォト
リソグラフィ工程を行って第１単結晶シリコン島６ａ形
成領域及び第２単結晶シリコン島６ｂ形成領域に夫々開
口寸法Ｗ、、Ｗ２の開口窓８ａ、８ｂを開設する。この
場合、島深さり、＞ｈ、であれば開口寸法もＷ、＞Ｗ２
に設定する。

その後、同図（Ｃ）のように前記二酸化シリコン膜２Ａ
をマスクにし、第１単結晶シリコン島６−ａを形成する
に必要な深さｄ、まで単結晶シリコン基板１を異方性エ
ツチングし、ＶｉｌＯａを形成する。このとき、Ｗ＝２
””ｘｄの関係から、第２単結晶シリコン島６ｂの形成
領域では、開口寸法Ｗ２に従って深さｄ２のＶ＃１０ｂ
が形成される。

更に、同図（ｄ）のように二酸化シリコン膜２Ａを除去
した後、全面に絶縁分離膜４として二酸化シリコン膜を
約２μｍの厚さに形成し、この上に支持体層５として多
結晶シリコン５をＣＶＤ法により所要厚さに形成する。

その後、単結晶シリコン基板側を裏面側から絶縁分離膜
４の一部が露呈されるまで研磨することにより、同図（
ｅ）のように深さの異なる第１及び第２の単結晶シリコ
ン島６ａ、６ｂが完成される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来の製造方法では、次のような問題が生じて
いる。

（１）第２回目のフォトリソグラフィ工程では、窪み部
９ａが形成された単結晶シリコン基板１を取り扱うため
に、基板が割れ易く、歩留低下を起こし易い。

（２）窪み部９ａが形成されて凹凸の大きい基板１の表
面に第２回目のフォトリソグラフィ工程を行うことにな
るため、精度の低下を招く。

（３）第２回目の異方性エツチングでは、島深さの大き
いＶ溝１０ａを形成するためのエツチング時間が必要と
されるため、浅いＶ溝１０ｂが余分にエツチングされ、
ここに形成する島形状が崩れて素子の特性劣化を招き易
い。

（４）公知の異方性エツチングのマスク設計方法（例え
ば、特公昭４５−１７９８８号）からシリコン単結晶島
形状を均一に形成するため、マスクの角部に補償パター
ンをイイ加する必要性が知られているが、窪み部９ａの
境界部分での補償パターンの最適化が重要となり、設計
の難しさを伴う。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の絶縁分離型半導体装置の製造方法は、以上の問
題に鑑み、製造歩留及び精度の向上を図−って良好な島
領域を形成可能にするとともに、ここに形成する素子の
集積度及び特性の向上を可能とし、更に設計の容易化を
可能とするものである。

本発明の絶縁分離型半導体装置の製造方法は、各界なる
深さの島領域を形成するための単結晶半導体基板のエツ
チングに際し、エツチングに用いるマスクを２種類以上
の耐エツチング被膜を各島領域に対応させて異なる組合
わせの構造とし、これらマスクを用いて単結晶シリコン
基板を選択エツチングする工程と、これらマスクの耐エ
ツチング被膜を上層から順次除去する工程とを交互に行
うことを特徴とするものである。

〔実施例〕

次に、本発明を図面を参照して説明する。

（実施例工） 第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明の第１実施例を製造工程
順に示す断面図であり、ここでは深さｈｌの第１単結晶
シリコン島６ａと、深さｈｚの第２単結晶シリコン島５
ｂ　（ｈ＋　　＞ｈ、）とからなる２種類の深さの単結
晶シリコン島を形成する例を示している。

先ず、同図（ａ）のように結晶面（１００）の単結晶シ
リコン基板１の表面に、後述する厚さの二酸化シリコン
膜２及び窒化シリコン膜３からなる二層構造被膜を形成
しかつこれをフォトリソグラフィ技術によりバターニン
グし、第１の単結晶シリコン島６ａに相当する領域にの
み二層構造被膜からなるマスク７ａを形成する。また、
第２の単結晶シリコン島６ｂに相当する領域には、二酸
化シリコン膜２のみからなるマスク７ｂを形成する。

このとき、マスクにおける開口８の寸法Ｗは第１単結晶
シリコン島６ａを形成するに必要な幅とし、島深さｈｌ
に後工程での研磨バラツキ（Δｈ）を考慮したエツチン
グ深さｄ＝ｈ、　　＋Δｈから決める。

次いで、同図（ｂ）のように、水酸化カリウム水溶液を
用いて単結晶シリコン基板１をエツチングし、所要深さ
ｄｏの台形溝９を形成する。

次に、同図（Ｃ）のように第２単結晶シリコン′島６ｂ
ｊＩ域におけるマスク７ｂとしての二酸化シリコン膜２
を二酸化シリコン膜エツチング液、例えばバンファード
弗酸（ＨＦ　：　ＮＨ４Ｆ）で除去する。なお、第１単
結晶シリコン島６３領域のマスク７ａは表面が窒化シリ
コン膜３であるために、エツチングされることはない。

そして、水酸化カリウム水溶液でエツチングを行い、■
溝１０を形成する。

このとき、第２単結晶シリコン島５ｂｅＮ域の表面は結
晶面（１００）の単結晶シリコンが露出しているため、
点線のように基板表面がｄ−ｄｏだけエツチングされる
ことになる。一方、側面は結晶面（１１１）であるため
、エツチング速度が極めて遅く、■溝１０が形成される
ことになる。

次いで、同図（ｄ）のように、基板１の表面に絶縁分離
膜として二酸化シリコン膜４を形成し、かつこの上に支
持体層とて多結晶シリコン５をＣＶＤ法により堆積させ
る。このとき、埋込層を形成する場合には、絶縁分離膜
４の形成する前に熱拡散やイオン注入法等によって不純
物を４人しておくことは言うまでもない。

その後、単結晶シリコン基板１を裏面側から研摩して絶
縁分離膜４の一部を露呈させることにより、同図（ｅ）
のように第１及び第２の単結晶シリコン島６ａ、６ｂを
完成する。

ここで、例えば、第１単結晶シリコン島６ａの深さｈ＋
＝４５μｍ、第２単結晶シリコン島６ｂの深さｈｚ　”
　２０μｍ、研磨バラツキΔｈ＝５μｍとした場合、所
望エツチング深さｄ＃ｈ、　　＋Δｈ＝５０ｃｒｍ、ｄ
ｏ　＝２５ｐｍとなり、マスク開口寸法Ｗ　＝　２１／
２　Ｘ　ｄ″−１０μｍとなる。

また、水酸化カリウム水溶液を８０℃でエツチングする
場合には、単結晶シリコン基板１の結晶面（１００）の
エツチング速度は約１μｍ／分。

二酸化シリコン膜２のエツチング速度は約５０人／分、
窒化シリコン膜３のエツチング速度は約５人／分である
。したがって、所望深さｄ＝５０μｍを得るためのエツ
チング時間は約５０分であり、また各二酸化シリコン膜
２及び窒化シリコン膜３の［は夫々１２５０人、２５０
人にすればよい。

−この方法によれば、マスク７ａ、７ｂとしての二酸化
シリコン膜２や窒化シリコン膜３を形成するためのフォ
トリソグラフィ工程は平坦な単結晶シリコン基板１の状
態で行っているため、割れ等が生じることはなく、しか
も高精度にできるので歩留を向上できる。また、これら
マスク７ａ、７ｂの構成により２種類の深さの島６ａ、
６ｂを同時にエツチング形成できるので、形状の崩れの
ない島領域を形成し、集積度の向上及び素子特性の向上
を図ることができる。

ここで、第１車結晶シリコン島６ａのマスクには窒化シ
リコン膜の単層膜を用いてもよい。また、第１及び第２
単結晶シリコン膜のマスク構成を逆の関係にして形成す
ることもできる。

（実施例２） 第２図（ａ）〜（ｅ）は本発明の第２実施例を製造工程
順に示す断面図であり、ここでは第１乃至第３の異なる
深さり、、ｈｚ　、ｈｚ　　（ｈ＋　　＞ｈｚ〉ｈ３）
の単結晶シリコン島６ａ〜６ｃを形成する例を示してい
る。

先ず、同図（ａ）のように結晶面（１００）の単結晶シ
リコン基板１の表面の第１単結晶シリコン島６　ａ　ｆ
ｉｌ域の表面に二酸化シリコン膜２．窒化シリコン膜３
．二酸化シリコン膜２からなる三層構造被膜のマスク７
ａを、第２単結晶シリコン島６ｂｊｌ域の表面には窒化
シリコン膜３及び二酸化シリコン膜２からなる二層構造
被膜のマスク７ｂを、更に第３単結晶シリコン島６ｃ８
Ｍ域の表面には二酸化シリコン膜２のみのマスク７ｃを
夫々フォトリソグラフィ工程により順次形成する。この
とき、最小マスク開口８の寸法Ｗは、前記第１実施例と
同様に、必要エツチング深さｄ＝ｈ、　十Δｈから求め
ることができる。

次に、同図（ｂ）のように水酸化カリウム水溶液により
、所望深さｄｏだけ基板１のエツチングを行ない、台形
溝９を形成する。このエツチング深さは第３単結晶シリ
コン島６ｃの深さによって決定される。

次いで、同図（ｃ）のように第３単結晶シリコン、％６
ｃ６Ｊ［［表面のマスク７ｃの二酸化シリコン°膜２を
バッフアート弗酸でエツチング除去する。

このとき、第１及び第２単結晶シリコン島６ａ。

６ｂＳＮ域のマスク？ａ、７ｂの表面は窒化シリコン膜
３が夫々設けられているのでマスクが除去されることは
ない。そして、この状態で水酸化カリウム水溶液で台形
溝９のエツチングを深さｄ、まで進めると、第３単結晶
シリコン島６０領域の表面はエツチングが進み、図示点
線のように単結晶シリコン島の底面部がｄ、−ｄｏだけ
浅くなる。

次に、同図（ｄ）のように第２単結晶シリコン島６ｂ領
域表面の窒化シリコン膜３をリン酸（Ｈ３Ｐ０４）でエ
ツチング除去する。このとき、第１単結晶シリコン島６
ａ領域の表面では二酸化シリコン膜２がマスクとして残
される。そして、水酸化カリウム水溶液で深さｄまでエ
ツチングを進めて■溝１０を形成すると、第２及び第３
単結晶シリコン島５ｂ、５ｃ領域の表面は、図示鎖線の
ようにｄ−ｄ、たけエツチングされる。これにより、第
２単結晶シリコン島６ｂ領域はｄ−ｄ、に、また第３単
結晶シリコン島６ｃ’６ＴＩ域はｄ−ｄｏの位置まで夫
々底面部が浅くなる。

以下、第１実施例と同様に絶縁分離膜として二酸化シリ
コン膜４を形成し、かつ支持体層として多結晶シリコン
５を堆積し、少なくとも単結晶シリコン基板１を研磨す
ることにより、同図（ｅ）のように３種類の異なる深さ
の第１〜第３の単結晶シリコン島６ａ〜６ｃを完成でき
る。

第３図は、このようにして形成された単結晶シリコン島
内に、半導体素子を形成した例を示す。

単結晶シリコン島の深さに対応して夫々高耐圧素子、中
耐圧素子、低耐圧素子を容易に形成できる。

ここでは、島６ａにサイリスタ１１を、島６ｂにＮＰＮ
バイポーラトランジスタ１２を、島６ｃにＭＯＳ）ラン
ジスタ１３を形成している。図において、１４は絶縁膜
、１５は金属配線層、１６は各種拡散層である。

この実施例においても、前記第１実施例と同様の効果を
得ることができる。

なお、単結晶シリコン島形成領域のマスクとして、第１
単結晶シリコン島６ａには二酸化シリコ゛　ン膜と窒化
シリコン膜からなる二層構造の被膜を、第２単結晶シリ
コン島６ｂには窒化シリコン膜のみの被膜を、第３単結
晶シリコン島６ｃには二酸化シリコン膜のみの被膜を夫
々マスクとして構成しても同様に形成を行うことができ
る。この場合、二酸化シリコン膜と窒化シリコン膜に限
らず、２種類以上の耐アルカリ性被膜の組合わせであれ
ば、他の被膜を用いることができるのは言うまでもない
。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、各界なる深さの島領域を
形成するための単結晶半導体基板のエツチングに際し、
エツチングに用いるマスクを２種類以上の耐エツチング
被膜を各島領域に対応させて異なる組合わせの構造とし
、これらマスクを用いて単結晶シリコン基板を選択エツ
チングする工程と、これらマスクの耐エツチング被膜を
上層から順次除去する工程とを交互に行うことを特徴と
しているので、次の効果を得ることができる。

（１）平坦な単結晶シリコン基板に対してフォトリソグ
ラフィ工程を施すので、強度が低下して工程中に割れ等
が生じることはなく、また高精度に製造できるので歩留
を向上することができる。

（２）耐アルカリ性膜の組合わせでマスクを形成してい
るので、２種類以上の深さの単結晶シリコン島を同時エ
ツチングにより形成でき、かつ半導体素子の要求特性に
合わせて島深さを設定できるので集積度の向上を図るこ
とができる。

（３）２種類以上の深さの単結晶シリコン島を同時エツ
チングにより形成できるので、各単結晶シリコン島の形
状筋れが生じることは少なく、ここに形成する素子の特
性が劣化されることはない。

（４）連続したアルカリ性エツチング液によりエツチン
グを行うので、製造効率を向上できる。

（５）単結晶シリコン島の深さに合わせるマスクの角部
補償パターンの最適化が不要であり、設計を容易なもの
にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明の第１実施例を製造工程
順に示す断面図、第２図（ａ）〜（ｅ）は本発明の第２
実施例を製造工程順に示す断面図、第３図は完成した半
導体装置の一例の断面図、第４図（ａ）、　　（ｂ）は
従来の異なる島構造を示す断面図、第５図（ａ）〜（ｅ
）は従来の製造方法を工程順に示す断面図である。 １・・・単結晶シリコン基板、２・・・二酸化シリコン
膜、３・・・窒化シリコン膜、４・・・絶縁分離膜、５
・・・支持体層、６ａ・・・第１単結晶シリコン島、６
ｂ・・・第２単結晶シリコン島、６Ｃ・・・第３単結晶
シリコン島、７ａ〜７ｃ・・・マスク、８・・・開口、
９・・・台形溝、１０・・・■溝、１１〜１３・・・素
子。 Ａ−二

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）単結晶半導体基板の表面に選択的に形成したマス
   クを用いて前記半導体基板を部分的に異なる深さにエッ
   チングし、その表面に絶縁分離膜及び支持体層を堆積し
   た後前記半導体基板を裏面側から研磨して相互に絶縁分
   離された異なる深さの単結晶半導体島を形成する絶縁分
   離型半導体装置の製造方法において、前記単結晶半導体
   基板のエッチングに際し、前記マスクは２種類以上の耐
   エッチング被膜を各島領域に対応させて異なる組合わせ
   の構造とし、これらマスクを用いて単結晶シリコン基板
   を選択エッチングする工程と、これらマスクの耐エッチ
   ング被膜を上層から順次除去する工程とを交互に行うこ
   とを特徴とする絶縁分離型半導体装置の製造方法。
2. （２）エッチングにはアルカリ性水溶液を用い、耐エッ
   チング被膜には二酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜を
   用いてなる特許請求の範囲第１項記載の絶縁分離型半導
   体装置の製造方法。